汽車(chē)用晶體振蕩子X(jué)RCGB-F-A系列

 1. 前言

汽車(chē)電子控制即被稱之為ADAS(高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng))的先進(jìn)駕駛支持系統(tǒng)近年來(lái)被逐漸放大了。ADAS使用了攝像頭和毫米波、紅外激光等，通過(guò)車(chē)輛周邊的感測(cè)來(lái)識(shí)別步行者或者其他車(chē)輛和路沿等并發(fā)出接近警報(bào)，通過(guò)制動(dòng)和轉(zhuǎn)向操作避免撞擊來(lái)提高駕駛的安全性。此類(lèi)用途是通過(guò)高速和高精度的數(shù)據(jù)處理以及使用了頻率精度極高的時(shí)鐘元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此外，因?yàn)槭前踩δ芩詫?duì)高可靠性的要求很高。

村田制作所生產(chǎn)車(chē)載用陶瓷振蕩子CERALOCK®已經(jīng)有20年以上的歷史了，在全世界的汽車(chē)電裝用途中被廣泛使用，更是將對(duì)應(yīng)高應(yīng)用的CERALOCK®需求，汽車(chē)用小型晶體振蕩子X(jué)RCGB-F-A系列商品化了。本文將論述車(chē)載最新應(yīng)用動(dòng)向以及其中使用的時(shí)鐘元件的要求性能，并且介紹村田的汽車(chē)用時(shí)鐘元件產(chǎn)品。

2. 最近的電裝市場(chǎng)動(dòng)向

ADAS已經(jīng)被各公司的各種功能實(shí)用化了。識(shí)別前方路障并且啟動(dòng)緊急制動(dòng)，追蹤前方行走車(chē)輛，檢測(cè)道路的白線等避免偏差的功能。為了實(shí)現(xiàn)上述的功能，必須要在車(chē)體中安裝攝像頭(單眼，立體聲)，毫米波雷達(dá)(24GHz的頻段，用于77GHz頻段)，紅外激光，超聲波傳感器等。在這些傳感裝置中安裝了信號(hào)處理用IC和接收傳輸信號(hào)用RF-IC等，還使用了時(shí)鐘發(fā)生器晶體振蕩子和振蕩器(SPXO、TCXO等)。

一般來(lái)說(shuō)，影像處理IC中需要±50～100ppm的時(shí)鐘元件。在車(chē)載環(huán)境中要滿則-40～+125℃范圍內(nèi)的精度。甚至還要滿足汽車(chē)用電子元件的可靠性測(cè)試規(guī)格，即被廣泛認(rèn)可的AEC-Q200(最新版為Rev_D)。傳感器收集的數(shù)據(jù)是IC內(nèi)部的演算和判斷，通過(guò)CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))傳到車(chē)輛控制ECU(引擎ECU、ESC、EPS等)。

最近，Ethernet備受矚目，是因?yàn)樗且环N直接傳輸和接收影像等數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信方式。Ethernet®是通過(guò)IEEE802.3來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化的100BASE-TX和OPEN Alliance SIG決策的BroadR-Reach。兩者在通信的時(shí)候要求達(dá)到數(shù)百ppm程度的時(shí)鐘精度，因此這里需要高精度的時(shí)鐘元件。由于這些用途追求的是高速并且大容量的處理，因此必須使用相對(duì)高頻的產(chǎn)品。影像處理大多是24、27、33.33MHz，Ethernet® 是達(dá)到25MHz的標(biāo)準(zhǔn)的。此外，雷達(dá)等也需要30、40、48MHz等高頻時(shí)鐘。

3. 車(chē)載用時(shí)鐘元件的技術(shù)動(dòng)向

車(chē)載用途中使用的電子元件傾向于重視市場(chǎng)的實(shí)績(jī)，于民生市場(chǎng)相比小型尺寸的趨勢(shì)晚了好多年。民生市場(chǎng)中的晶體振蕩子的尺寸趨勢(shì)是從3225開(kāi)始逐漸減小的，而車(chē)載用晶體振蕩子則是以3225尺寸為標(biāo)準(zhǔn)尺寸在使用的。但是，車(chē)載市場(chǎng)中也在積極地引進(jìn)民生的最新技術(shù)，特別是照相機(jī)、雷達(dá)等的傳感設(shè)備中在狹小的空間里面搭載多數(shù)的元件空間受限，從降低成本的觀點(diǎn)出發(fā)將電路的小型化這種需求加強(qiáng)了，因此采用了2016尺寸的晶體振蕩子。

將晶體振蕩子小型化的時(shí)候，與包裝尺寸的下降相比，包裝內(nèi)的晶體元件是不能完全小型化的。振蕩子的頻率是有晶體元件的大小來(lái)決定的，因此元件的小型化也收到了限制。因此，在小型化時(shí)，相對(duì)的包裝和晶體元件的凈空會(huì)變小，于是制造的難度將上漲得很高。此外，在汽車(chē)用途中-40～+125℃的寬幅的溫度范圍中要追求的是穩(wěn)定的電氣特性和牢固的耐受性能。比如元件和包裝的接觸用導(dǎo)電粘合劑粘合的話，由于小型化的關(guān)系會(huì)導(dǎo)致粘合面積變小而導(dǎo)致無(wú)法確保特性。為了在這樣的環(huán)境中也能保證粘合的可靠性，必須要高可靠性的高導(dǎo)電性粘合劑材料和粘合方法。

車(chē)載ECU在元件實(shí)裝后再進(jìn)行焊錫圓角檢查的情況很多。元件被小型化的話圓角也會(huì)減小，很難識(shí)別。有在基板側(cè)面形成圓角檢查用的窗口電極的解決對(duì)策案例，由于受到包裝尺寸的限制不能形成大電極。

總結(jié)晶體振蕩子小型化的課題，小型元件高精度組裝的生產(chǎn)技術(shù)、選擇確保高可靠性的粘合材料以及操作人性化的好的包裝設(shè)計(jì)時(shí)必不可少的。村田制作所為了解決這一課題將新的小型晶體振蕩子開(kāi)發(fā)并且開(kāi)始量產(chǎn)。下面將詳細(xì)說(shuō)明。

4. 車(chē)載用小型晶體振蕩子X(jué)RCGB-F-A系列的產(chǎn)品規(guī)格和特征

XRCGB-F-A系列的產(chǎn)品外觀圖如圖1所示，代表特性如表1所示。頻率對(duì)應(yīng)的是24MHz到48MHz，采用了最合適的晶體元件的設(shè)計(jì)，將汽車(chē)的一般操作溫度(-40～+125℃)中的頻率許容偏差縮小到了最小的+/-35ppm，Ethernet®等 第二代車(chē)載LAN和影像處理IC中也能對(duì)應(yīng)。此外，負(fù)荷AEC-Q200，也完全對(duì)應(yīng)RoHS/ELV指令。

XRCGB-F-A系列的特征則是采用了CERALOCK®中實(shí)績(jī)獨(dú)特的非密封包裝“Cap Chip”構(gòu)造。具體說(shuō)就是在陶瓷單層基板上安裝金屬帽再用樹(shù)脂封裝的簡(jiǎn)單構(gòu)造。用CERALOCK®積累起來(lái)的生產(chǎn)技術(shù)和品質(zhì)管理結(jié)合起來(lái)可以生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)且高品質(zhì)的晶體振蕩子。一般的晶體振蕩子采用的是專(zhuān)門(mén)的陶瓷封裝，密封性很高的封裝(玻璃封裝，金屬熔接封裝等)，封裝時(shí)包裝內(nèi)還殘留水分，產(chǎn)品內(nèi)部殘留的水分會(huì)分局外部氣溫的變化而導(dǎo)致特性不穩(wěn)定，這是不發(fā)振的原因。XRCGB-F-A系列則是讓水蒸氣以分子的形式透過(guò)樹(shù)脂封裝滲透出來(lái)，讓包裝內(nèi)保持干燥的狀態(tài)消除了特性變動(dòng)的可能性。也就是利用此特性將微小的無(wú)機(jī)類(lèi)異物(金屬系粒子)排出。粒子會(huì)導(dǎo)致不發(fā)振的情況，只有消除才能有可能確保提供高品質(zhì)的產(chǎn)品。

此外，為了提高焊料圓角的能見(jiàn)度，擴(kuò)大了基板角部分電極的面積(如圖2)。因此，即使是2016尺寸也能識(shí)別焊接圓角。

5. 課題和今后的研究

傳感功能的性能改善日新月異，未來(lái)無(wú)人駕駛也未必不可實(shí)現(xiàn)。但是，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，還需要更多的各種各樣的傳感器和控制ECU間的通信連接，甚至和車(chē)輛外部的通信連接(C2X等)的發(fā)展都是必不可少的。在這些通信中，更高精度更高可靠性的時(shí)鐘元件無(wú)可或缺。村田制作所時(shí)鐘元件部門(mén)今后還將繼續(xù)開(kāi)發(fā)和提供能夠?yàn)樘岣咂?chē)功能做貢獻(xiàn)的設(shè)備。